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Des batteries à nanofils de très longue durée

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Une autonomie de 20 heures au lieu de 2 pour les ordinateurs portables, c'est ce qui devrait être possible dans un avenir proche grâce à une découverte faite par des chercheurs de l'Université Stanford. Ils ont en effet multiplié par 10 la capacité de batteries au lithium en utilisant des nanofils.

Au microscope électronique, à gauche les nanofils en silicium avant absorption de lithium, à droite après absorption. Les nanofils ayant absorbé le lithium ont gonflé. Crédit : Nature Nanotechnology

Yi Cui est assistant professeur en science et ingénierie des matériaux. Avec les membres de son groupe, il vient de publier les résultats de leur découverte dans Nature Nanotechnology. L'article a pour titre « High-performance lithium battery anodes using silicon nanowire », et selon les propres mots de Cui : « Il ne s'agit pas d'une petite amélioration. C'est un développement révolutionnaire ».

Pour arriver à multiplier par 10 les performances des batteries au lithium, il a fallu mobiliser la nanotechnologie en employant des nanofils de silicium. L'idée d'utiliser du silicium pour augmenter le pouvoir de stockage des batteries n'est pas nouvelle mais pendant longtemps les chercheurs butaient tous sur le même problème.

En charge, le silicium absorbait des ions lithium chargés positivement pour les relâcher ensuite lors de la décharge. Ce faisant, le silicium passait par une série de cycles d'expansion et de contraction qui avaient pour résultat de le désagréger et donc à terme de détruire les capacités des batteries. C'est pourquoi un mélange de carbone et de lithium était utilisé, malgré les pertes importantes, pour la capacité de stockage de l'énergie électrique.

L'astuce a constitué à créer des nanofils au silicium. Ceux-ci, tout en étant soumis aux mêmes cycles d'expansion et de contraction par l'absorption d'ions lithium, résistent aux contraintes mécaniques et ne se pulvérisent pas.

Ces nanofils sont 10.000 fois plus fins qu'une feuille de papier mais malgré une augmentation de volume d'un facteur quatre, ils résistent parfaitement.

Une commercialisation prochaine ?

Le professeur Cui a compris tous le potentiel qu'il pouvait tirer de sa découverte qui résout un problème vieux de 30 ans, lorsque les premières tentatives pour créer des piles rechargeables  au lithium longue durée avaient été faites. Il a déposé un brevet et envisage de s'associer avec un fabricant pour les dernières étapes menant à la conception d'une batterie commercialisable et enfin, bien sûr, de la lancer sur le marché.

Si tout se passe bien, il ne nous reste plus que quelques années à attendre avant de disposer de téléphones, caméra, ordinateurs portables, et autres dispositifs de ce genre, capables d'être utilisés beaucoup plus longtemps, lors de longs voyages par exemple.

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